张先梅 王成会 郭建中 莫润阳 胡静 陈时

(陕西师范大学,超声学重点实验室,西安 710062)

构建了弹性介质包裹的液体腔内的气泡振动模型,并基于压力平衡关系得到了腔内液体中气核发展成为空化泡的Blake 阈值以及液体腔临界半径表达式.体积模量、泡核半径及表面张力系数等因素可影响Blake 阈值压力和气泡大小,形成触发或抑制空化发生的控制条件相关的参数空间.基于拉格朗日方程推导了考虑腔外介质弹性影响的气泡动力学方程,并基于此分析了激励声波频率、介质体积模量、腔内液体体积等因素对气泡振动行为的影响,结果表明:在声场驱动下,泡核快速生长到新的平衡半径后振荡;气泡平衡半径与超声无关,但会影响气泡动力学行为.当超声频率与气泡固有振荡频率相当时,气泡在几个周期的剧烈振动后崩溃,同时在腔内液体中形成明显的压力起伏变化.高频超声驱动下气泡的响应相对较弱,气泡主要表现为自由振荡.

1 引言

超声空化效应主要表现为液体中存在的微小气泡(空化核)在声波作用下产生振荡、扩大、收缩至内爆等一系列现象的动力学过程.在气泡坍缩的瞬间,泡内聚集的能量迅速释放,使得在空化发生的微小空间内呈现高温、高压、冲击波、微射流及发光等物理现象.空化现象广泛存在于自然界[1]且在水利[2]、化工[3]、医学[4]、核工业[5]等诸多领域,有着重要的应用价值.目前,超声治疗是颇具前景的非侵入性……